DE3414814A1 - Gasturbine - Google Patents

Description

• Gasturbine
• Gegenstand der Erfindung ist eine Niederdruck-Kleingasturbine mit axialer und Wärme tauschender Beschaufelung,wobei letztere in einem in Kanäle für Brenngas und Luft geteilten Gehäuse mit Durchbrüchen für den Durchlauf der Turbinenräder wechselweise vom Brenngas und der Luft beaufschlagt wird und die so erhitzte Luft in die Brennkammer fördert.
• Eine derartige Gasturbine ist mit dem US-Patent Nr. 2,419,689 bekanntgeworden.Die Turbinenräder arbeiten dort sowohl als Turbine als auch als Verdichter.Die Gehäuse-Teilung ist durch Zwischenwand-Glieder durchgeführt. In ihrem Luftkanal sind die von den Leitschaufeln gebildeten Kanäle als drucksteigernde Diffusoren ausgeführt, und im Brenngas-oder Arbeitsraum bilden die Leitschaufeln druckmindernde DUsen. - Infolgedessen gibt es bei der vorgenannten Gas turbine in beiden Gehäuse-Kanälen,am Ein-und Austritt,Druck-Differenzen zwischen dem Brenngas und der Frischluft,welche verlustreiche Abweich-Strönungen des Brenngases und der Luft durch die Gehäuse-Trennglieder-Schlitze hindurch in Richtung des jeweiligen Druck-Gefälles verursachen. Die abweichende Luft strömt mit der zurUckgewonnenen Abgaswärme in den Abgaskanal und ins Freie.Auch die Ausführung mit Kompressor beseitigt diesen Nachteil nicht.-Bei der Mehr-Einheiten-Ausführung sind bei nur einer Brenrikammer zuviele Turbinen-Stufen mit zuwenig Druckgefälle vorgesehen.
• Aufgabe dieser Erfindung war es deshalb,durch Kombination bekannter Gasturbinen-Bestandteile eine Konstruktion zusamcenzustellen,welche in den beiden Kanälen der Gasturbine,nämlich dem Brenngaskanal und dem Luftkanal,in jeder Turbinenstufe gleichen Medien-Druck ermöglicht und damit größere Abweich-Strömungen von einem Kanal zum anderen durch die Trennwand-Durchbrüche hindurch vermeidet.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.
• Der mit dieser Erfindung erzielbare Fortschritt besteht darin,daß eine Gas turbine dieser Art mit wechselweise vom Brenngas und der Frischluft beaufschlagten Turbinenrädern mit der beschriebenen Konstruktion ohne nennenswerte Abweich-Ströme im Turbinen-Gehäuse betrieben werden kann.Es können in Ausnutzung dieser außerordentlich intensiven Radschaufel -Kttlung trotz größerer Brenngas -Temperaturen wieder billigere Turbinenschaufeln aus den bekannten wärmebeständigen Metall-Legierungen verwendet werden,wobei deren Lebensdauer noch größer als bisher sein wird. mit der jetzt ermöglichten Wärme-RUckgewinnung durch die Turbinenrad-Schaufeln ist auch eine bisher noch nicht erreichte Kraftstoff-Ersparnis ralisierbar geworden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Prinzip mit der Abbildung dargestellt.
• Das zylindrische Gehäuse(l) ist mit der Trennwand(2) in einen Brenngaskanal(3) und Luftkanal(4) geteilt.Im Luftkanal(4) sind Düsen-Kanäle bildende Leitschaufeln(8) angeordnet.FUr den Durchlauf der Turbinen-Schaufeln(7) ist die Trennwand(2) in den betreffenden Rotationsebenen durchbrochen.In der Mitte des Gehäuses(l) ist die Welle(S) gelagert,auf welcher mindestens zwei Turbinenräder(6) mit l'urbinen-Schaufeln(7) befestigt sind. Ein zweistufiger Tandem-Radial-Verdichter(20) ist mit der Welle(S) verbunden.Für größere Turbinen-Leistungen können in bekannter Weise auch vielstufige Axial-Verdichter in dieser Gasturbine verwendet werden,wobei die Gasturbine wegen der Halbbeaufschlagung ihrer Turbinenräder mit Brenngas wenigstens sechs Stufen haben sollte.
• Der Strömungsverlauf der Arbeitsmittel ist folgender:Die kalte Frischluft tritt an den beiden Eintrittsstutzen(18) und (19) in den Tandem-Radial-Verdichter<20) ein.Die vom Eintrittsstutzen(18) kannende Kaltluft ist durch das Luft-Verbindungsrohr(ll) in den feststehenden Wärmetauscher(22) geleitet,wo sie Abgaswärme aufnimmt und dann durch die Brennkarrmer-Eintrittsöffnung(l2) in die Brennkammer(13) gelangt.Letztere kann als bekannter bogenförmiger Diffusor ausgebildet sein.Durch die Brennkammer-Austrittsöffnung(14) und Brenngas-Eintrittsöffnung(15) strömt das Brenngas in den Brenngaskanal(3) des Gehäuses(l).In bekannter Weise wird in jeder Turbinenstufe der Brenngasdruck um einen bestimmten Betrag vermindert.An der Brenngas-Austrittsöffnung(16) verläßt das Brenngas den Brenngaskanal(3) und gelangt durch das Brenngas-Verbindungsrohr(23) in den feststehenden Wärmetauscher(22),wo es Abgaswärme an die vom Verdichter kommende Frischluft abgibt.Von dort tritt es. durch das Abgasrohr(17) ins Freie.-Die vom Eintrittsstutzen(19) des Tandem-Radial-Verdichters(20) kommende Kaltluft ist durch das Luft-Verbindungsrohr(21) und die Luft-Eintrittsöffnung(9) in den Luftkanal(4) des Gehäuses(l) gefUhrt.Bei ihrem Durchfluß findet infolge der von den Leitschaufeln(8) gebildeten DUsen-Kanäle in jeder Stufe bekanntlich eine Druckminderung und sehr intensive Schaufelkühlung durch die Profiltknströmung statt.Die Radschaufeln funktionieren also auch im Luftkanal als Turbinenschaufeln'sodaß in beiden Kanälen der Medien-Druck in jeder Stufe im gleichen Maß abgebaut wird und somit gleicher Druck hergestellt ist.Damit ist das Abweichen der Medien-Ströme in den jeweils anderen Kanal verhindert.-Auch die aus der Luft-Austrittsöffnung(l0) kommende und durch das Luft-Verbindungsrohr(24) geleitete und erwärmte Kühlluft gelangt in den feststehenden Wärmetauscher(22),in welchem sie die vom Abgas übernommene Wärme größtenteils wieder an die für die BrennkamFer(13) bestimmte Frischluft abgibt.Durch das Abgasrohr(17) strömt sie mit den Abgasen ins Freie.
• Bei der Berechnung der Strömungsquerschnitte innerhalb der Gasturbine muß die nur halbe Beaufschlagung der Turbinenräder mit Brenngas berücksichtigt werden.-Entweder muß der mittlere Durchmesser der ringförmigen Stromungs-Querschnittsfläche doppelt so groß wie der nach der Turbinen-Leistungsberechnung erforderliche Durchmesser sein, oder es muß die doppelte Anzahl Turbinenräder in zwei selbständigen Gasturbinen-Einheiten eingesetzt sein,letztere sowohl gleichmittig miteinander verbunden,als auch getrennt und in Parallel-Anordnung, sodaß damit die erforderliche Gesamtleistung erbracht werden kann.-Als Flugzeug-oder Schiffs-Triebwerk werden bekanntlich schon zwei parallel angeordnete Triebwerke bevorzugt,weil man beim Ausfall eines Triebwerkes auch mit der halben Leistung des anderen noch weiterkommt.
• Als Triebwerk für Stromerzeuger,,Heißwasser-Fahrzeug-Wasch-Geräte, Schiffe und Leicht-Flugzeuge soll diese Gasturbine verwendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch fs Gasturbine mit einem oder mehreren in einem durch eine Trennwand in Kanäle für Brenngas und Luft geteilten Gehäuse angeordneten Turbinenrädern,deren axiale Radschaufeln in den vorgenannten Kanälen wechselweise vom Brenngas und der Luft beaufschlagt werden und die dadurch erhitzte Luft in die Brennkammer fördern,auch in Verbindung mit einem Verdichter und einem stationären Wärmetauscher zur Rückgewinnung der Abgaswärme, dadurch gekennzeichnet,daß 1.1 die Welle(S) der Gasturbine in bekannter Weise mit einem Tandem -Radial-Verdichter(20) oder einem vielstufigen Axial-Verdichter kombiniert ist,welcher sowohl Kaltluft durch einen stationären Wärmetauscher(22) zur Brennkammer(13) befördert,als auch Kühlluft in den Luftkanal(4) der Gasturbine preßt,sodaß bei gleichem Luftdruck der Verdichterstutzen das Brenngas und die Kühlluft die Gasturbine in jeder Turbinenstufe mit gleichem Druck durchströmen,wobei 1.2 die im Luftkanal(4) vor und hinter jedem Turbinenrad(6) feststehenden Leitschaufeln(8) derart angeordnet sind,daß die Turbinenräder(6) dort zusätzlich von der verdichteten Kühlluft in Umlauf versetzt werden,was in bekannter Weise durch Ddsen-Kanäle bildende Stellung der Leitschaufeln(8) möglich ist.